1.1 CEMENTO cemento

1.1 CEMENTO
El cemento es el componente más activo del concreto y generalmente tiene un
mayor costo unitario. Por ello y considerando que las propiedades del concreto
dependen tanto de la cantidad como de la calidad de sus componentes, la selección y
uso adecuado del cemento son fundamentales para obtener en forma económica las
propiedades deseadas para una mezcla dada.
En el mercado nacional existe variedad de cementos para ser empleados por el
usuario o cliente y la mayoría de ellos proporcionan adecuados niveles de resistencia
y durabilidad en las obras proyectadas.
Algunos de los cementos disponibles proporcionan niveles más altos para
determinadas propiedades que aquellos exigidos por las especificaciones de la obra,
por lo que siempre debe indicarse en éstas los requisitos exigidos para el cemento.
Imponer requisitos que no son necesarios es antieconómico y además pueden
perjudicar las características importantes del concreto.
La importancia de elaborar especificaciones adecuadas es obvia, ya que ellas deben
garantizar que sólo se ha de emplear la cantidad y tipo de cemento adecuados para
alcanzar los requisitos que se desea obtener en el concreto. La totalidad de los
cementos empleados en el Perú son cementos pórtland
que cumplen con los
requisitos que especifica la Norma ASTM C 150 ó cementos combinados que
cumplen con lo indicado en la Norma ASTM C 595.
•
En el sentido general de la palabra, el cemento puede describirse como un
material con propiedades tanto adhesivas como cohesivas, las cuales le dan la
capacidad de aglutinar fragmentos minerales para formar un todo compacto.
•
Para efectos de construcción, el significado del termino cemento se restringe a
materiales aglutinantes utilizados con piedras, arena, ladrillos, bloques de
construcción.
10
•
Los principales componentes de este tipo de cemento son compuestos de cal.
•
Los cementos que se utilizan en la fabricación de concreto tiene la propiedad de
fraguar y endurecer con el agua, en virtud de que experimentan una reacción
química con ella, por lo tanto se denominan hidráulicos.
CLINKER PORTLAND
El clinker es fabricado mediante un proceso que comienza por combinar una fuente
de cal, tal como las calizas, una fuente de sílice y alúmina, como las arcillas y una
fuente de óxido de hierro, tal como el mineral de hierro. Una mezcla adecuadamente
dosificada de los materiales crudos es finamente molida y luego calentada a una
temperatura suficientemente alta, alrededor de los 1500°C. a fin de que se
produzcan las reacciones entre los componentes del cemento. El producto obtenido
del horno es conocido como clinker de cemento pórtland. Después de enfriado, el
clinker es molido con una adición de cerca del 6% de sulfato de calcio ( yeso ) para
formar el cemento pórtland.
CEMENTOS
Se define como cementos a los materiales pulverizados con una adición
conveniente de agua, forman una pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo
el agua como el aire y formar compuestos estables. Quedan excluídas de esta
definición las cales hidráulicas, las cales aéreas y los yesos.
El cemento pórtland normal es el producto obtenido por la pulverización del clinker
pórtland con la adición eventual de sulfato de calcio. Se admite la adición de otros
productos siempre que no excedan el 1% en peso del total y que la norma
correspondiente determine que su inclusión no afecta las propiedades del cemento
resultante. Los productos adicionados deberán ser pulverizados conjuntamente con
el clinker.
El cemento pórtland deberá cumplir con los requisitos indicados en la Norma
ASTM C
150 para los tipos I, II
y V, los cuales se fabrican en el Perú.
11
Alternativamente podrán emplearse los requisitos de las Normas NTP para
cementos.
El cemento pórtland tipo I se empleará en todos aquellos casos en que no se
requieren en el concreto las propiedades especiales especificadas para los otros
tipos. Debe cumplir con los requisitos de las Normas ASTM C 150 ó NTP 334.039.
FABRICACIÓN DEL CEMENTO
Calizas + Areniscas + Arcillas + 1300
°C
Clinker
Clinker
+ Yeso + Molienda
¡ CEMENTO !
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Obtención de las Materias Primas.
Preparación de las Materias Primas.
Molienda de crudo.
Cocción en el horno rotativo.
Silo de Clinker.
Molienda de cemento.
Almacenamiento y expedición.
12
13
Para la fabricación del cemento pórtland se procede, esquemáticamente de la
siguiente manera:
La materia prima, material calizo y material arcilloso, se tritura, mezcla y muele
hasta reducirla a un polvo fino. Los procedimientos de mezcla y molido pueden
efectuarse en seco o húmedo. La dosificación de los materiales debe ser la adecuada
a fin de evitar perjuicio en la calidad.
El polvo fino pasa a un horno rotatorio donde es calentado lentamente hasta el punto
de clinkerización. En la etapa inicial del proceso de calentamiento el agua y el
anhídrido carbónico son expulsados. Al acercarse la mezcla a las regiones más
calientes del horno se producen las reacciones químicas entre los constituyentes de
la mezcla cruda. Durante estas reacciones se forman nuevos compuestos, algunos de
los cuales alcanzan el punto de fusión.
El producto resultante, clinker cae a uno de los diversos tipos de enfriadores o se
deja enfriar al aire. Posteriormente se combina con un porcentaje determinado de
yeso y le conjunto se muele hasta convertirlo en un polvo muy fino al que se conoce
como cemento pórtland.
14
FABRICACIÓN DEL CEMENTO EN EL PERU
Cementos
Rioja
Cementos
Pacasmayo
Cemento
Andino
Cementos
Lima
Cementos
Sur
Cementos
Yura
15
Los
Los Cementos
Cementos Nacionales
Nacionales
(8
(8 Tipos
Tipos yy 20
20 productos
productos diferentes)
diferentes)
FABRICANTE
UBICACIÓN DE LA
FÁBRICA
Lima
Cementos Lima S.A.
46%
Cemento Andino S. A.
19%
Tarma – Junín
Yura S. A.
14%
Yura – Arequipa
Cemento Pacasmayo S.
A.
13%
Pacasmayo – La Libertad
Cementos Sur S. A.
5%
Cementos Selva S. A.
1%
Juliaca - Puno
Pucallpa - Ucayali
Tipos de Cemento que Producen
Tipo I (Sol I) Tipo IP (Super Cemento
Atlas)
Tipo II (Sol II)
Tipo I (Andino I)
Tipo II (Andino II)
Tipo V (Andino V) Tipo IPM (Andino
IPM)
Tipo I (Yura I)
Tipo IP (Yura IP)
Tipo IPM (Yura IPM), Cemento de
Albañilería – Marca “estuco Flex”.
Tipo I (Pacasmayo I)
Tipo II
(Pacasmayo II)
Tipo V (Pacasmayo V) Tipo MS
(Pacasmayo IMS) Tipo IP (Pacasmayo
IP) Tipo ICo (Pacasmayo ICo).
Tipo I (Rumi I) Tipo II (Rumi II) Tipo
V (Rumi V) Tipo IPM (Inti).
Tipo I, Tipo ICo, Tipo II, Tipo V,
Tipo IP.
MATERIAS PRIMAS
Composición Materia Prima
95%
5%
COMPONENTE
QUÍMICO
Oxido de Calcio (CaO)
Oxido de Silice (SiO2)
Oxido de Aluminio (
Al2O3)
Oxido de Fierro (Fe2 O3)
Oxido de Magnesio, Sodio
Potasio, Titanio, Azufre,
Fósforo y Magneso.
PROCEDENCIA USUAL
Rocas Calizas
Areniscas
Arcillas
Arcillas, Mineral de Hierro,
Pirita.
Minerales varios.
16
Composición del Crudo
OXIDO
COMPONENTE
CaO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
SO3
MgO
K2O y Na2O
PORCENTAJE TIPICO
ABREVIATURA
61% - 67%
20% - 27%
4% - 7%
2% - 4%
1% - 3%
1% - 5%
0.25% - 1.5%
C
S
A
F
Al definir el clinker se indicó que el crudo del cual procede está constituido por
mezcla de materias primas de naturaleza caliza y arcillosa. Las calizas,
esencialmente silicatos cálcicos, y las arcillas, principales aportadoras de sílice junto
con sus intermedias las margas, aportadoras de alúmina y hierro, constituyen de las
que pudiera llamarse materias primas principales para la fabricación del cemento
pórtland.
Al lado de este grupo se sitúa el de las materias primas auxiliares o de corrección,
que pueden ser naturales o artificiales. Ellas aportan uno o varios de los
componentes en que las materias primas pueden escasear. Estos componentes son,
en general los del tipo ácido, también llamados factores hidráulicos e incluyen el
anhídrido silicoso, el óxido de alúmina y el óxido férrico.
Cuantitativamente el componente más importante del cemento es la cal, siguiéndola
a gran distancia la sílice, a está la alúmina y finalmente el óxido de hierro.
Como ya se indicó el grupo de componentes principales incluye:
•
Sílice ( anhídrido silícico ) SiO2
•
Cal ( óxido cálcico ) CaO
•
Alúmina ( óxido alúmico ) Al2O3
•
Óxido Férrico Fe2O3
17
1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER
SiO
2
:
16 - 26 %
SO 3 :
0,1 - 2,5 %
Al 2 O 3 :
4-8%
Mn
Fe 2 O 3 :
2-5%
TiO
:
0 - 0,5 %
CaO:
58 - 67 %
P 2O 5:
0 - 1,5 %
MgO:
1-5%
PxC:
Na 2 O + K 2 O:
2
O 3:
2
0 - 3,0 %
0,5 - 3,0 %
0-1%
De estos componentes, la alúmina y el óxido férrico en conjunto, como aportadores
de fase líquida, reciben el nombre de sesquióxidos y su suma se suele representar
con la fórmula convencional R2O3.
La sílice y la cal constituyen, en conjunto, aproximadamente del 70% al 75% del
total del clinker, en forma de silicatos cálcicos de distinta basicidad.
La alúmina y el óxido férrico reciben el nombre de fundentes porque, conjuntamente
con la magnesia y los álcalis, constituyen la fase líquida del clinker y facilitan por
ello las reacciones entre la sílice y la cal. Forman con esta última los aluminatos.
El siguiente cuadro da una idea de la composición de óxidos del cemento:
•
CaO ( entre el 60% y el 67% )
•
SiO2 ( entre el 17% y el 25% )
•
Al2=3 ( entre el 3% y el 8% )
•
Fe2O3 ( entre el 0.5% al 6% )
18
LOS COMPUESTOS PRINCIPALES
Durante el proceso de fusión de la materia prima que ha de dar origen al clinker se
forman silicatos cálcicos, aluminatos cálcicos y ferritos de composición compleja.
De ellos los componentes básicos del cemento son los silicatos cálcicos. La fórmula
de composición de los cuatro compuestos principales, así como la forma abreviada
de los mismos es:
2 . F A S E S M IN E R A L E S ( C O M P U E S T O S ) D E L C L IN K E R
D E S IG N A C IÓ N
FÓ R M U L A
ABR E VIAT UR A
S ilic a to tr ic á lc ic o
3 C a O .S iO 2
C 3S
S ilic a to d ic á lc ic o
2 C a O .S iO 2
C 2S
3 C a O . A l2O 3
C 3A
4 C a O .A l 2 O 3 .F e 2 O 3
C 4A F
A lu m in a to tr ic á lc ic o
F e rro a lu m in a to te t ra c á lc ic o
C aO
M gO
C a l lib re
M a g n e s ia lib r e (p e ric la s a )
•
Silicatos Tricálcico
3CaO.SiO2
•
Silicatos Bicálcicos
2CaO.SiO2
•
Aluminato Tricálcico
3CaO.Al2O3
•
Ferroaluminato tetracálcico
4CaO.Al2O3.Fe2O3
El porcentaje relativo de los cuatro compuestos principales norma las propiedades
del cemento pórtland. Dicho porcentaje depende de la proporción relativa entre la
cal y los componentes ácidos – sílice, alúmina y óxido férrico – también conocidos
como factores hidráulicos.
Normalmente se acepta que los porcentajes límites de los compuestos principales
están dentro de los siguientes valores:
19
C3S ………………… 30% a 60%
C2S ………………… 15% a 37%
C3A ………………... 7% a 15%
C4AF ………………. 8% a 10%
MECANISMO DE FORMACIÓN DE LOS COMPUESTOS
Esquemáticamente el mecanismo de formación de los compuestos sería el siguiente:
Al calentar el crudo en el horno de clinkerización, una parte del óxido de cal se
combina con el óxido de hierro y el óxido de alúmina para dar lugar a la formación
de una fase líquida esencialmente formada de celita.
La presencia de esta fase líquida contribuye a facilitar y acelerar las reacciones de
clinkerización entre partículas sólidas. El óxido de sílice se combina con el óxido de
cal para formar silicato bicálcico, que se transforma en silicato tricálcico en
presencia del óxido de cal remanente.
Siempre se encontrará en la composición del clinker al silicato bicálcico ya que no
es posible transformarlo todo en silicato tricálcico. Debido a ello quedará un exceso
de óxido de cal no combinado, al cual se le conoce como cal libre.
El óxido de magnesia queda, generalmente en solución sólida en la pequeña
cantidad de fase vítrea que se forma durante el enfriamiento muy rápido del clinker.
Bajo esta forma el óxido de magnesia no ofrece peligro de expansión posterior más
si cuando es el resultado da una cristalización por enfriamiento muy lento del
clinker.
TIPOS DE CEMENTO
La totalidad de los cementos empleados en el Perú son cementos Pórtland tal como
los especifica la Norma ASTM C 150 o cementos combinados, de acuerdo a lo
indicado en la norma ASTM C 595.
20
De acuerdo a lo recomendado por la Norma ASTM C 150, los cinco tipos de
cementos Pórtland normal que pueden ser clasificados como estándar y cuya
fabricación está formada por requisitos específicos son:
•
TIPO I
De uso general, donde no se requiere propiedades especiales.
•
TIPO II
De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor de
hidratación. Especialmente adecuados para ser empleados en estructuras en
ambientes agresivos y/o vaciados masivos.
•
TIPO III
De desarrollo rápido de resistencia con elevado calor de hidratación.
Especiales para uso en los casos en que se necesita adelantar la puesta en
servicios de las estructuras, o para uso en climas fríos.
•
TIPO IV
De bajo calor de hidratación, recomendables para concretos masivos.
•
TIPO V
Recomendables para ambientes muy agresivos por su alta resistencia
a los sulfatos.
.- REQUISITOS QUÍMICOS
El cemento elegido deberá cumplir con los requisitos químicos y limitaciones
indicados en las Normas ASTM o NTP correspondientes.
Si al emplear el cemento Tipo II se requiere moderado calor de hidratación, la suma
del silicato tricálcico ( C3S ) más el aluminato tricálcico ( C3A ) no deberá exceder
del 58%.
Si se emplea cemento Tipo V, la suma del alumino ferrito tetracálcico ( C4AF ) más
el doble del aluminato tricálcico ( C3A ) no deberá exceder del 20%.
21
.- REQUISITOS FÍSICOS
El cemento elegido deberá cumplir con los requisitos físicos y limitaciones
indicados en la Norma correspondiente.
En aquellos casos en que no sea conocida, la superficie específica se considerará de
3200 cm2/gr para los cementos Pórtland normales y de 4700 cm2/gr. para los
cementos puzolánicos. Para la determinación de la superficie específica se utilizará
el Método Blaine.
En aquellos casos en que no sea conocido el valor real, se considerará para el
cemento pórtland normal un peso específico de 3,15 y de 2,97 para los cementos
puzolánicos.
Para los ensayos de tiempo de fraguado se utilizará el Método Vicat.
Los requisitos de calor de hidratación se aplicarán únicamente cuando son
especificados. En este caso los requisitos de resistencia podrán ser el 80% de los
valores indicados en la norma correspondiente.
.- CEMENTO PORTLAND TIPO I ( CEMENTO SOL )
Especificaciones Técnicas
•
Norma Técnica: ASTM C-150 y Norma Técnica Peruana 334.009
•
Marca Comercial: SOL
•
Presentación: Bolsas de 42.5 Kg./Granel
•
Fecha revisión: Enero 2005
•
Informe técnico
22
Características
•
Producto obtenido de la molienda conjunta de clinker y yeso.
•
Ofrece un fraguado controlado.
•
Por un buen desarrollo de resistencias a la compresión a temprana edad, es
usado en concretos de muchas aplicaciones.
•
Es versátil para muchos usos.
•
Su comportamiento es ampliamente conocido por el sector de construcción civil.
Usos y Aplicaciones
•
Para las construcciones en general y de gran envergadura cuando características
especiales no sean requeridas o no se especifique otro tipo de cemento.
•
El acelerado desarrollo de sus resistencias iniciales permite un menor tiempo de
desencofrado.
•
Pre-fabricados de hormigón.
•
Fabricación de bloques, tubos para acueducto y alcantarillado, terrazos,
adoquines.
•
Mortero para el asentado de ladrillos, tarrajeos, enchapes de mayólicas y otros
materiales.
Consejos
•
Como en todo cemento, se debe respetar la relación a/c (agua/cemento) a fin de
obtener un buen desarrollo de resistencia y trabajabilidad.
•
Es importante utilizar agregados de buena calidad, si éstos están húmedos es
recomendable dosificar menor cantidad de agua para mantener las dosificaciones
correctas.
•
Para lograr resistencias adecuadas es recomendable un curado cuidadoso.
23
•
Para asegurar la buena conservación del cemento se recomienda almacenar las
bolsas bajo techo, separada de paredes o pisos y protegidos de aire húmedo.
•
Evitar almacenar en pilas más de 10 bolsas para evitar la compactación.
CEMENTOS PÓRTLAND
REQUISITOS FÍSICOS
REQUISITOS FÍSICOS
NORMA ASTM
NORMA TÉCNICA PERUANA
TIPO I
TIPO II
TIPO V
TIPO MS
ASTM C150
MTP 334.009
ASTM C150
MTP 334.009
ASTM C150
MTP 334.009
ASTM C 1157
MTP 334.082
Resistencia a compresión
120
190
280*
100
170
280*
80
150
210
100
170
280*
130
200
250
45
375
45
375
45
375
45
420
45
420
Expansión en autoclave,
% máximo.
0,80
0,80
0,80
0,80
0,80
Resistencia a los sulfates,
% máximo de expamción
---
---
0,04*(14 días)
0,10 (6 meses)
0,10* (6 meses)
Calor de hidratación,
-----
290*
---
-----
-----
290*
330*
3 días, kg/cm2, mín.
7 días, kg/cm2, mín.
28 días, kg/cm2, mín.
Tiempo de fraguado, mín.
Inicial, mín.
Final, máx.
7 días, máx. kJ/kg
28 días, máx. kJ/kg
IP, I (PM),
ICo
ASTM C 595
NTP 334.090
*Requisito opcional
24
CEMENTOS PORTLAND
REQUISITOS QUÍMICOS
REQUISITOS FÍSICOS
TIPO I
TIPO II
TIPO V
TIPO MS
ASTM C150
MTP 334.009
ASTM C150
MTP 334.009
ASTM C150
MTP 334.009
ASTM C 1157
MTP 334.082
Oxido
de
Magnesio
(MgO), máx, %
6,0
6,0
6,0
---
6,0
Trióxido de Azufre (SO2),
máx, %
3,5
3,0
2,3
---
4,0
Pérdida por ignición, máx,
%
3,0
3,0
3,0
---
8,0
Residuo insoluble, máx, %
0,75
0,75
0,75
---
---
---
8
5
---
---
0,6*
0,6*
0,6*
---
---
NORMA ASTM
NORMA TÉCNICA PERUANA
Aluminato
(C2A), máx, %
tricálcico
Alcalis Equivalentes
(Na2O+ 0,658 K2O), máx,
%
IP, I (PM),
ICo
ASTM C 595
NTP 334.090
25
1.2 AGREGADOS
El concreto está conformado por una pasta de cemento y agua en la cual se encuentran
embebidas partículas de un material conocido como agregado, el cual ocupa
aproximadamente del 65% al 80% del volumen de la unidad cúbica del concreto.
Asimismo, el agregado constituye el material que en el más alto porcentaje interviene en
la unidad cúbica de concreto, el estudio del importante real que él desempeña en el
comportamiento de éste fue durante muchos años descuidado.
Este descuido fue principalmente debido a tres razones: que su costo, en general era
bastante menor que el del cemento, que las resistencias en compresión de los concretos
eran en general bajas y que se le consideraba como un material inerte de relleno. Hoy se
sabe que el agregado tiene influencia determinante sobre las propiedades del concreto
tanto en su estado plástico como es su estado endurecido.
Además de los efectos específicos sobre las diversas propiedades del concreto, las
características físicas, químicas y mecánicas de los agregados, tienen efecto importante
no sólo en el acabado y calidad final del concreto, sino también sobre la trabajabilidad y
consistencia en estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades
elásticas y térmicas, cambios de volumen y peso unitario del concreto endurecido.
Los estudios efectuados a partir de las investigaciones iniciales de Gilkey permiten
saber que el agregado debe estar constituido por partículas limpias y adecuadamente
conformadas,
que debe poseer una granulometría adecuada y tener límites en su
capacidad de absorción y de partículas inconvenientes que debe ser resistentes a la
abrasión, quede tener inalterabilidad de volumen , que deban ser capaces de resistir
cambios físicos o químicos que podrían originar rajaduras, hinchazones o
ablandamiento del concreto, etc.
En relación con su origen y su procedimiento de preparación el agregado puede ser
natural o artificial. Las arenas y gravas son productos del intemperismo y la acción del
viento y el agua. Las arenas manufacturadas, no empleadas en el Perú y la piedra partida
26
son productos de la trituración de piedras naturales. En el procesamiento de cualquier
agregado puede utilizarse lavado y tamizado.
Los agregados pueden ser obtenidos o producidos a partir de rocas ígneas, sedimentarias
o metamórficas. La presencia o ausencia de un tipo geológico determinado no es
suficiente para definir a un agregado como adecuado o inadecuado.
La aceptación de un agregado para que este sea utilizado en la preparación de concreto
para una obra de características determinadas, deberá basarse en la información
obtenida a partir de los ensayos de laboratorio de su registro de servicios bajo
condiciones de obra similares o de ambas fuentes de información.
CONSIDERACIONES ESPECIALES
.- ALCANCE
Estas recomendaciones definen los requisitos de calidad de las canteras y de los
agregados fino y grueso a ser utilizados en la preparación del concreto normal. Estas
recomendaciones pueden ser empleadas por el ingeniero, el contratista, el abastecedor
de concreto, entre otras personas como parte de las especificaciones de obra o del
documento de compra en el que se describe el material a ser utilizado.
Estas recomendaciones son dadas a fin de garantizar materiales satisfactorios para la
mayoría de los concretos. Para determinados trabajos o en ciertas regiones, ellas pueden
ser más o menos restrictivas que lo necesario. En aquellos casos en los que la estética es
importante, se puede requerir límites más estrictos dado que la presencia de impurezas
puede deteriorar la superficie del concreto.
Mediante un estudio cuidadoso y selección adecuada de las canteras a ser utilizadas, el
proyectista podrá conocer que agregados existen o pueden ser disponibles en el área de
trabajo, especialmente en relación a su propiedades físicas, químicas o mecánicas, o una
combinación de estos factores que es requerida para obtener las propiedades deseadas
en el concreto.
27
Estas recomendaciones pueden servir en las del proyecto para definir la calidad del
agregado, su tamaño máximo nominal y otros requisitos específicos. El ingeniero
responsable de seleccionar las proporciones de la mezcla determina las de los agregados
fino y grueso, así como la adición de tamaños en mezclas de agregados, si ello es
requerido o aprobado.
Realidades de las canteras en
Lima y Provincias
1. El control de calidad lo ejecutan de manera regular sólo la industria del
premezclado y los contratistas grandes en las obras cuya magnitud y precios lo
costean .
2. El 89% del mercado de productores de concreto no lo exige a los proveedores ni lo
ejecuta.
OBSERVACIONES
1. La mayoría de las canteras en Lima y provincias tienen exceso de material pasante
de la malla # 200, contaminación de sales solubles y variaciones frecuentes en
granulometría de piedra y arena.
2. Los proveedores de agregados sólo procesan adecuadamente el 11% de su
producción ya que esa es la demanda de la industria del premezclado.
Producción de Agregados
28
CARACTERÍSTICAS DE AGREGADOS USADOS EN LOS CONOS DE
LIMA
Especificaciones de los Agregados ASTM C-33
Tipo
Ensayo
Limites
Granulometría
Agregado Fino
Resultado
9 cumplen
Modulo de fineza
2.3 - 3.1
Pasante Malla # 200
5%
Sales solubles totales
1300 p.p.m
2.64 - 3.65
hasta 12%
Max. 4283 p.p.m.
Granulometría
Huso 56 - Huso 5
Abrasion (Los Angeles) 50%
Todas cumplen
Agregado Grueso
Pasante Malla # 200
1%
16 cumplen
hasta 6.27%
Sales solubles totales
1300 p.p.m
Todas cumplen
N° Muestras = 20
/
Fecha = Agosto - Setiembre 2001
29
PROPIEDADES DEL AGREGADO
.- PESO UNITARIO
Se denomina peso unitario o peso volumétrico del agregado, ya sea suelto o
compactado, el peso que alcanza un determinado volumen unitario. Generalmente se
expresa en kilos por metro cúbico del material. Este valor es requerido cuando se trata
de agregados ligeros o pesados y en el caso de dosificarse el concreto por volumen.
El peso unitario está influenciado por:
•
Su gravedad específica
•
Su granulometría
•
Su perfil y textura superficial
•
Su condición de humedad
•
Su grado de compactación de masa
El peso unitario varía con el contenido de humedad. En el agregado grueso incrementos
en el contenido de humedad incrementan el peso unitario. En el agregado fino
incrementos mas allá de la condición de saturado superficialmente seco pueden
disminuir el peso unitario debido a que la película superficial de agua origina que las
partículas estén juntas facilitando la compactación con incremento en el volumen y
disminución del peso unitario.
El fenómeno anterior, conocido como esponjamiento, es de pequeña importancia si el
agregado va a ser dosificado en peso. Si se dosifica en volumen, el esponjamiento debe
ser tomado en cuenta cuando varía el contenido de humedad.
La granulometría sin deficiencias o exceso de un tamaño dado generalmente tienen un
peso unitario más alto que aquellas en las que hay preponderancia de un tamaño dado en
relación a los otros.
30
Cuanto más alto el peso específico para una granulometría dada mayor el peso unitario
del concreto. La baritina, espato pesado, hematina, biotita, gestita, heulandita, pueden
dar pesos unitarios mayores de 4500 kg/m3.
Los agregados redondeados de textura suavizada tienen generalmente un peso unitario
más alto que las partículas de perfil angular y textura rugosa, de la misma composición
mineralógica y granulometría.
El peso unitario de los agregados en los concretos de peso normal, varía entre 2200 y
2400 Kg/m3, generalmente varía entre 1500 y 1770 Kg/m3.
A partir del conocimiento del peso unitario del agregado se puede hacer lo siguiente:
•
Calcular el contenido de vacíos.
•
Clasificar a los agregados en livianos, normales y pesados.
•
Tener una medida de la uniformidad del agregado.
.- DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO
En la determinación del peso unitario es importante que la granulometría sea aquella
con la cual va a ser utilizado para preparar el concreto, dado que modificaciones en ésta
dan lugar a cambios en el porcentaje de vacíos, lo que a su vez modifican el peso
unitario.
En el Perú la determinación del peso unitario de los agregados, ya sea el peso unitario
seco compactado o suelto seco, se efectúa de acuerdo a lo indicado en la Norma ASTM
C 29.
Así tenemos lo siguiente:
Peso del agregado ( suelto o compactado ) más el recipiente …………….. 36.80 Kg
Peso del recipiente
…………….. 13.00 Kg
Volumen del recipiente
…………….. 0.014 m3
Peso Unitario ( 36.80 – 13.00 ) / 0.014
………… 1700Kg/m3
31
.- PESO ESPECÍFICO
El peso específico de los agregados que se expresa también como densidad, adquiere
importancia en la construcción cuando se requiere que el concreto tengo un peso límite.
Además el peso específico es un indicador de calidad en cuanto que los valores elevados
corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que el peso específico
bajo generalmente corresponde a agregados absorbentes y débiles, caso en que es
recomendable efectuar pruebas adicionales.
Aplicando a agregados el concepto de peso específico se refiere a la densidad de las
partículas individuales y no a la masa del agregado como un todo. Pudiendo definirse al
peso específico como la relación a una temperatura estable, de la masa de un volumen
unitario del material, a la masa del mismo volumen de agua destilada, libre de gas.
La norma ASTM C 128 considera tres formas de expresión de la gravedad específica:
•
Peso Específico de masa, el cual es definido como la relación a una temperatura
estable de la masa en el aire de un volumen unitario de material permeable
incluyendo los poros permeables o impermeables del material a la masa en el aire
de la misma densidad, de un volumen igual de agua destilada libre de gas.
•
Peso Específico de masa saturado superficialmente seco, el cual es definido como el
mismo que el peso específico de masa, excepto que esta incluye el agua en los poros
permeables.
•
Peso Específico Aparente, el cual es definido como la relación a una temperatura
estable de la masa en el aire de un volumen unitario de un material, a la masa en el
aire de igual densidad de un volumen igual de agua destilada libre de gas. Si el
material es un sólido, el volumen es aquel de la porción impermeable.
En las determinaciones del peso sólido y el volumen absoluto, así como en la
selección de las proporciones de la mezcla, se utiliza el valor del peso específico de
masa.
32
El peso específico de un agregado es principalmente función de las características de la
roca originaria.
El peso específico de masa de la mayoría de los agregados comúnmente empleados está
comprendido dentro de los límites de 2,6 a 3,0. Los valores comúnmente empleados
son:
Basalto …………. 2,80
Pedernal ………... 2,54
Granito ………… 2,69
Hornfelsa ………. 2,82
Caliza ………….. 2,66
Pórfido ………… 2,73
Cuarzita ……….. 2,62
Arenisca ……….
2,50
Arena y Grava …. 2,65
Roca Trapeana …. 2,90
En relación con la importancia del peso específico del agregado, es conveniente
considerar lo siguiente:
•
Los pesos específicos bajos generalmente indican un material poroso, absorvente y
débil. Los altos generalmente indican buena calidad pero ello, en ambos casos, no es
seguro salvo que se confirme por otros medios.
•
El valor del peso específico puede ser utilizado como una medida indirecta de la
solidez o estabilidad de un agregado, siendo generalmente aceptado que estos
disminuyen conforme es menor el valor del peso específico.
Las normas ASTM C 128 indica el procedimiento para determinar el peso específico del
agregado fino. La Norma ASTM C 127 indica el procedimiento para determinar el peso
específico del agregado grueso.
33
En el caso del agregado grueso la muestra de ensayo se forma con aproximadamente
5000 gramos del agregado por el método de cuarteo Se lavan los componentes de la
muestra eliminando el polvo o material adherido y se sumerge en agua durante 24
horas. Luego se saca la muestra del recipiente de inmersión y se envuelve en una
toalla, eliminando las partículas visibles de agua de la superficie. En estas
condiciones, saturada y seca superficialmente, se pesa con una aproximación de 0,5
gramos.
A continuación se determina su peso, sumergida en agua, a una temperatura entre
21° C y 25 ° C. Luego se introduce en el horno a una temperatura de 110 ° C hasta
peso constante. Se deja enfriar y se pesa. Las características del agregado se
determinan por las siguientes relaciones:
Peso Específico Nomina Dn …………… P / ( P – Pi )
Peso Específico Aparente Da ………….. P / ( Ps – Pi )
Peso Específico S.S.S
Dsss ………... Ps / ( Ps – Pi )
Siendo:
P = Peso en gramos de la muestra seca
Ps = Peso en gramos de la muestra saturada interiormente y seca superficialmente
Pi = Peso en gramos de la muestra sumergida en agua.
.- CONTENIDO DE VACÍOS
Con respecto a la masa del agregado, el término vacíos se refiere a los espacios no
ocupados entre las partículas de agregado. Puede decirse que este valor es la
diferencia entre el volumen bruto o volumen total de la masa de agregado y el
espacio realmente ocupado por las partículas.
El criterio empleado para obtener la mejor combinación de agregados fino y grueso
es que el porcentaje de sólidos sea tan grande como fuere posible. Desde que este es
controlado por la granulometría, perfil y textura superficial de las partículas, tanto el
peso unitario como el porcentaje de vacíos del agregado sirven como índices
aproximados de la adecuada selección de la granulometría.
34
Es importante que desde el punto de la trabajabilidad de una mezcla de concreto está
influenciada por la granulometría del agregado y que aquella que produce máxima
densidad tiende a dar mezclas poco trabajables, la densidad de sólidos por sí sola no
puede ser tomada como un criterio final.
Es importante recordar que el peso unitario del conjunto del agregado está
directamente influenciado por el de las partículas individuales, el contenido de
humedad de las mismas, así como la compacidad de la masa. Por ello puede
esperarse amplios márgenes en los valores del peso unitario y del contenido de
vacíos.
El espacio teórico ocupado por los vacíos entre las partículas de agregado puede
determinarse a partir del conocimiento del peso unitario del agregado y del a
gravedad específica de la masa del mismo. Dicho valor viene dado por la ecuación:
% Vacíos = 100 ( Peso sólido – Peso unitario ) / Peso sólido
Cuanto mayor es el peso unitario, para una gravedad específica dada, menor es el
contenido de vacíos. Igualmente si el agregado está compuesto de partículas de
textura superficial suave y perfil redondeado, para una granulometría determinada,
deberá contener menor cantidad de vacíos que otro agregado de idéntica
granulometría pero compuesto por partículas de textura rugosa y perfil angular.
.- HUMEDAD Y ABSORCIÓN
Los agregados presentan poros internos, los cuales se conocen como abiertos
cuando son accesibles al agua o humedad exterior sin requisito de presión
diferenciandose de la porosidad cerrada, en el interior del agregado, sin canales de
comunicación con la superficie a la que se alcanza mediante fluidos bajo presión.
El estado de humedad de un agregado puede estar comprendido dentro de las 04
condiciones que tenemos a continuación:
35
•
Seco, que es aquella condición en la que toda la humedad, tanto interna como
externa, ha desaparecido, generalmente por calentamiento a 100 °C.
•
Semi seco o secado al ambiente, que es aquella condición en la cual no hay
humedad superficial sobre las partículas, pero todos los poros dentro de ellas
están llenos de agua.
•
Saturado o húmedo, que es aquella condición en que el agregado se encuentra
saturado y con agua libre o superficial sobre las partículas
.- ABSORCIÓN Y ABSORCIÓN EFECTIVA
Se entiende por este término, al contenido de humedad total interna de un agregado
que está en la condición de saturado superficialmente seco.
La capacidad de absorción del agregado se determina por el incremento de peso de
una muestra secada al horno, luego de 24 horas de inmersión en agua de secado
superficial. Esta condición se supone representa la que adquiere el agregado en el
interior de una mezcla de concreto.
Se entiende por absorción efectiva al volumen de agua necesario para traer un
agregado de la condición de secado al aire o semi seco, a la condición de saturado
superficialmente seco.
.- HUMEDAD SUPERFICIAL
Se entiende por humedad superficial o agua libre, a la diferencia entre los estados
saturados o húmedos y el estado saturado superficialmente seco. La humedad
superficial o agua libre es aquella con la que contribuirá el agregado al agua de la
mezcla.
.- CONTENIDO DE HUMEDAD
En los cálculos para el proporcionamiento del concreto se considera al agregado en
condición de saturado superficialmente seco, es decir con todos sus poros abiertos
36
llenos de agua y libre de humedad superficial. Esta situación, que no es correcta en
la práctica, conviene para fines de clasificación.
Si el agregado está saturado y superficialmente seco no puede absorver ni ceder
agua durante el proceso de mezcla. Sin embargo, un agregado parcialmente seco
resta agua, mientras que el agregado mojado, superficialmente húmedo, origina
exceso de agua en el concreto. En estos casos es necesario reajustar el contenido de
agua, a fin que el contenido de agua resulte el óptimo.
El contenido de humedad o agua total del agregado es la diferencia entre el estado
actual de humedad del mismo y el estado seco.
La diferencia entre el contenido de humedad y el porcentaje de absorción da el
aporte, positivo o negativo del agregado al agua de la mezcla.
La capacidad de absorción es una medida de la porosidad del agregado estimándose
que valores en exceso del 2% al 3% pueden ser un índice de agregados de alta
porosidad efectiva. Agregados que absorven valores que los indicados pueden ser
aceptables si el tamaño de los poros es grande.
Igualmente la humedad libre presente sobre la superficie de las partículas
contribuirá al agua total de la mezcla.
Por tanto, la determinación del contenido de humedad, porcentaje de absorción y
humedad libre son importante en la medida que permiten conocer el volumen de
agua con que contribuirá o que absorverá el agregado en una mezcla de concreto.
.- GRANULOMETRÍA
Se define así a la distribución por tamaños de las partículas de agregado. Ello se
logra separando el material por procedimiento mecánico empleando tamices de
aberturas cuadradas determinadas.
37
El agregado comprende del 65% al 80% del volumen unitario del concreto. En razón
de su importancia en el volumen de la mezcla la granulometría seleccionada para los
agregados fino y grueso deberá permitir obtener en las mezclas una máxima
densidad, con una adecuada trabajabilidad y características de acabado del concreto
fresco y con obtención de las propiedades deseadas en el concreto endurecido.
.- FORMAS DE EXPRESIÓN
El sistema usual de expresar la granulometría de un agregado es aquél en el cual las
aberturas consecutivas de los tamices son constantemente dobladas. Con tal sistema
y empleando una escala logarítmica se puede espaciar líneas a intervalos constantes
para representar los tamaños sucesivos.
Normalmente la granulometría del agregado fino se expresa en términos de los
porcentajes retenidos en los Tamices ASTM N° 4, N° 8, N° 16, N° 30, N° 50, N°
100 y N° 200.
.- FORMAS DE DETERMINACIÓN
La distribución de las partículas por tamaños se determina por análisis mecánico
vibrando el material a través de una serie de tamices de aberturas cuadradas.
Normalmente los tamices empleados tienen una abertura doble del que se le sigue en
la serie. La muestra debe ser representativa del conjunto del agregado.
Los datos obtenidos se registran en forma tabulada incluyendo:
•
Peso retenido en cada tamiz.
•
Porcentaje retenido en cada tamiz.
•
Porcentaje acumulado retenido o que pasa cada tamiz.
.- CURVA GRANULOMÉTRICA
La curva granulométrica es una excelente ayuda para mostrar la granulometría de
los agregados individuales y combinados. El ploteo logarítmico es conveniente dado
38
que en una serie de tamices con aberturas con una relación constante el
espaciamiento logarítmico es igual.
Los puntos que representan los resultados de un análisis son unidos para formar la
curva granulométrica del agregado ensayado.
.- REQUISITOS GRANULOMETRICOS DEL FINO
La granulometría del agregado fino empleado en un trabajo determinado debe ser
razonablemente uniforme. Las variaciones de más o menos 0,2 en el módulo de
fineza pueden ser causas de rechazo.
El agregado fino deberá contener suficiente cantidad de material que pasa la malla
N° 50 si se desea obtener adecuada trabajabilidad en la mezcla. En pastas ricas en
material cementante, este porcentaje puede disminuir mientras que las pastas pobres
requieren importante cantidad de material fino.
El máximo deseable para el material que pasa la malla N° 100 es de 3% a 5%. Es
importante indicar que los finos del agregado no deben ser confundidos con el limo,
la marga u otras impurezas indeseables.
Cuando se emplea un agregado que tiene un porcentaje importante de partículas en
las mallas N° 4 y N° 8, el agregado grueso deberá contener muy poco material del
tamaño mayor de las partículas de agregado fino, a fin de evitar un concreto áspero
y granuloso, de difícil acabado.
En general se recomienda que el agregado fino tenga un módulo de fineza entre 2,3
y 3,1. Ello no excluye la posibilidad de emplear agregados con módulos de fineza
mayores o menores si se toman las precauciones adecuadas en la selección de las
proporciones de la mezcla.
Debe recordarse que los límites permisibles para el agregado fino dependen en
alguna forma del perfil y las características superficiales de las partículas. Un
39
agregado fino compuesto de partículas suaves y redondeadas puede dar resultados
satisfactorios con granulometría gruesas.
.- TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO GRUESO
El tamaño máximo del agregado grueso se determina a partir de un análisis por
tamices y generalmente, se acepta que es el que corresponde al tamiz
inmediatamente superior a aquel en el cual queda 15% o más de material acumulado
retenido.
De la observación de los resultados de los ensayos se aprecia una limitación
importante del concepto de tamaño máximo: granulometrías muy disímiles pueden
dar el mismo valor del tamaño máximo del agregado grueso. Ello debe tenerse
presente en la elección del agregado, de su granulometría y de las proporciones de la
mezcla.
.- CLASIFICACIÓN PERUANA
En lo referente a la granulometría del agregado, la Norma NTP 400.037 específica
lo siguiente:
•
Cuando se determine de acuerdo con la Norma NTP 400.012, el agregado fino
deberá cumplir con los límites especificados en la Tabla N° 1.
•
Se permitirá el empleo de agregados que no cumplan con las gradaciones
especificadas, siempre que existan estudios calificados a satisfacción de las
partes, que aseguren que el material producirá concreto de la calidad requerida.
•
El agregado utilizado en concretos de f¨c 210 Kg/cm2 de resistencia de diseño y
mayores, así como los utilizados en pavimentos de concreto deberán cumplir
además de los requisitos obligatorios.
•
La granulometría del agregado fino deberá corresponder a la graduación del
grupo C, de la Tabla 2. Se permitirá el uso de agregado que cumpla con la
gradación indicada siempre y cuando existan estudios calificados a satisfacción
40
de las partes que aseguren que el material producirá concreto de la calidad
requerida.
TABLA N° 1
TAMIZ
GRUPO C
GRUPO M
GRUPO F
3/8"
N° 4
N° 8
N°16
N°30
N°50
N°100
100
95 - 100
80 - 100
50 - 100
25 - 60
20 - 30
0-5
100
85 - 100
65 - 100
45 - 100
25 - 80
15 - 48
0 -10
100
89 -100
80 -100
70 -100
55 -100
15 - 70
0 -12
El Grupo C corresponde a arenas gruesas.
El Grupo F corresponde a arenas intermedias.
El grupo F corresponde a arenas finas.
.- MÓDULO DE FINEZA
El módulo de fineza es un índice del mayor o menor grosor del conjunto de
partículas de un agregado. Se define como la suma de los porcentajes acumulados
retenidos en las mallas de 3”, 1 ½”, ¾”, 3/8”, N°4, N°8, N°16, N°30, N°50 y N°100,
estas divididas entre 100.
Gran número de granulometría de agregados finos y gruesos o de una combinación
de ambos, pueden dar un módulo de fineza determinado. Esta es la principal
desventaja del empleo de este factor, el cual se utiliza como índice de control de
uniformidad de materiales.
El módulo de fineza usualmente se determina para el agregado, pero el
conocimiento del módulo de fineza del agregado grueso puede ser necesario para la
aplicación de algunos métodos de proporcionamiento de mezclas.
41
Los agregados que presentan un módulo de fineza bajo indican una preponderancia
de las partículas más finas con un área superficial total muy alta, la que será
necesario para cubrir con pasta.
.- CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS
Por su Origen:
Se pueden clasificar en:
•
Agregados Naturales
•
Agregados Artificiales
Se considera como agregados naturales a las partículas que son el resultado de un
proceso de obtención o transformación natural. Los agregados obtenidos por
trituración mecánica y tamizado de rocas se consideran dentro de la clasificación de
agregados naturales.
Entre los principales grupos de agregados naturales se encuentran la arena y canto
rodado de río o cantera, las arenas naturales muy finas, la piedra pómez natural y la
lava volcánica porosa.
Por su Composición Mineralógica
Por su composición mineralógica los agregados pueden ser primordialmente:
•
Silicios
•
Calcáreos
La forma en la cual los minerales principales se presentan así, como la presencia o
ausencia de minerales secundarios, pueden ser más importantes que la composición
promedio.
42
Por su tamaño
De acuerdo a su tamaño, los agregados se clasifican en:
•
Agregado Fino
•
Agregado Grueso
Se define como agregado fino a aquel que pasa integramente el tamiz de 3/8” y
como mínimo en un 95% el tamiz N° 4, quedando retenido en el tamiz N° 200. Se
define como agregado grueso a aquel que queda retenido, como mínimo en un 95%
en el tamiz N° 4.
Clasificación
Por su tamaño:
Agregado Grueso
Es el agregado retenido en el
tamiz 4.75 mm (N° 4) proveniente
de
la
degradación
natural
o
3/8
”
N º4
artificial de la roca.
Agregado fino:
Es el agregado proveniente de
3/8
”
la degradación natural o artificial
N º4
que pasa el tamiz 9.5 mm (3/8 “)
N º 100
N º 200
Por sus Propiedades Físicas
Por la contribución de sus propiedades físicas a la calidad del concreto, el agregado
puede clasificarse en cuatro categorías:
43
•
Agregado bueno
•
Agregado satisfactorio
•
Agregado regular
•
Agregado pobre
Se considera como agregado bueno aquel que por la superior calidad de sus
constituyentes contribuye a una resistencia alta, tiene buena durabilidad bajo
cualquier condición externa o interna y es resistente a los procesos de erosión y
abrasión.
Se considera como agregado satisfactorio aquél cuyos elementos contribuyen a una
moderada resistencia del concreto, e igualmente dan a este resistencia a los procesos
de erosión y abrasión así como buena durabilidad bajo cualquier condición.
Se considera como agregado regular aquél cuyos constituyentes contribuyen a
obtener una moderada resistencia a la compresión y abrasión del concreto, pero bajo
condiciones de clima pueden contribuir a su destrucción.
Se considera agregado pobre aquel cuyos constituyentes son de baja calidad y
contribuyen a obtener bajas resistencias mecánicas y de abrasión del concreto, e
igualmente causan destrucción del concreto bajo condiciones climáticas pobres.
Por sus Propiedades Químicas
La reactividad química de los constituyentes del agregado, especialmente con los
álcalis del cemento, permite clasificarlos en: Inocuos y Deletereos.
Se denomina agregados deletereos a aquellos que contienen materiales los cuales
producen efectos adversos sobre el concreto debido a la reacción química que tiene
lugar con posterioridad al endurecimiento de la pasta.
44
Las sustancias que se consideran deletereas, en razón de su susceptibilidad al ataque
por álcalis presentes en el cemento, no son peligrosas si se emplean con cementos
que contienen menos del 0,6% de álcalis totales.
Químicos : No reactivos ( ASR )
Por su Peso
De acuerdo a su peso unitario, dado por su densidad, los agregados se clasifican en:
•
Agregados pesados
•
Agregados normales o estándares
•
Agregados Livianos.
45
Los agregados de pesados naturales incluyen el espato pesado, la hematina, la
magnetita, la limonita, la baritina, etc. Los artificiales incluyen trozos de hierro
bolas de metal, virutas de acero, limaduras de hierro, etc.
Los agregados de peso normales, incluyen las arenas y cantos rodados de río o
cantera, la piedra partida, etc. Entre los artificiales las escorias de alto horno, el
clinker triturado, el ladrillo partido, etc.
Por su Perfil
De acuerdo a su perfil las partículas de agregado comprenden siete grupos:
•
Redondeado
•
Irregular
•
Laminado
•
Angular
•
Semiangular o semiredondeado
•
Alongado
•
Laminado y alongado
El perfil redondeado comprende aquellas partículas totalmente trabajadas por el
agua o completamente perfiladas por desgaste o frotamiento, tales como la grava de
río o de mar.
El perfil angular comprende las gravas naturalmente irregulares o parcialmente
perfiladas por desgaste y que tienen caras redondeadas, tales como las gravas de
cantera de aluvión.
El perfil laminado comprende aquellas partículas en las cuales el espesor es pequeño
en relación a las otras dos dimensiones.
El perfil angular comprende aquellas partículas cuyos ángulos son bien definidos y
están formados por la intersección de caras rugosas.
46
El perfil semiangular o semiredondeado comprende aquellas partículas algunos de
cuyos ángulos están formados por la intersección de caras rugosas y otras que son
redondeadas o tienden a serlo.
El perfil alongado comprende aquellas partículas, generalmente angulares en las
cuales la longitud es considerablemente mayor que las otras dos dimensiones.
El perfil laminado y alongado comprende aquellas partículas que tienen la longitud
considerablemente mayor que el ancho y esté considerablemente mayor que el
espesor.
.- Por su Textura Superficial
De acuerdo a su textura superficial, las partículas de agregado se clasifican en seis
grupos:
•
Textura vítrea
•
Textura suave
•
Textura granular
•
Textura cristalina
•
Textura alveolar
La textura vítrea corresponde a aquellas partículas de agregado en las cuales se
presenta fractura conchoidal, tales como el pedernal negra o la escoria vítrea.
La textura granular suave corresponde a aquellas partículas de agregado en las
cuales la textura ha sido suavizada por la acción del agua, tales como la grava o el
mármol.
La textura rugosa corresponde a agregados provenientes de rocas fracturadas de
grano fino y medio, las cuales contienen elementos cristalinos no fácilmente visibles
tales como el basalto, la felsita y la caliza.
47
La textura cristalina corresponde a aquellas partículas de agregados que presentan
constituyentes cristalinos fácilmente visibles, tales como el granito, el gabro, el
gneiss.
La textura alveolar corresponde a aquellas partículas de agregado que presentan
poros y cavidades visibles, tales como el ladrillo, la piedra pómez y el clinker.
Forma del Agregado
48
AGREGADO FINO
Se define como agregado fino proveniente de la desintegración natural o artificial
de las rocas, el cual pasa el Tamiz NTP 9.4 mm ( 3/8” ) y cumple con los límites
establecidos en las Normas NTP 400.037 ó ASTM C 33.
El agregado podrá consistir de arena natural o manufacturada o una combinación de
ambas. Sus partículas serán limpias, de perfil preferentemente angular, duras,
compactas y resistentes, libres de polvo, terrones, partículas escamosas o blandas,
esquistos, pizarras, álcalis, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas para el
concreto.
El agregado estará graduado dentro de los límites indicados en las Normas NTP
400.037 ó ASTM C 33. La granulometría seleccionada será preferentemente
uniforme y continua, con valores retenidos en las mallas N° 4 a N° 100 de la Serie
Tyler. Se recomienda para el agregado los siguientes límites:
MALLA
PORCENTAJE QUE PASA
3/8"
N° 4
N° 8
N° 16
N° 30
N° 50
N° 100
100
95 a 100
80 a 100
50 a 85
25 a 60
10 a 30
2 a 10
49
La norma permite el uso de agregados que no cumplan con las gradaciones
especificadas, siempre y cuando se asegure que el material producirá concreto de la
calidad requerida.
El porcentaje retenido en dos mallas sucesivas no excederá del 45%. Si el agregado es
empleado en concretos con aire incorporado y un contenido de cemento mayor de 255
Kg/m3 o si el concreto es sin aire incorporado y un contenido de cemento mayor a 300
Kg/m3, o si una adición mineral aprobada es empleada para suplir las deficiencias en el
porcentaje que pasa dichas mallas, el porcentaje indicado para las mallas N°50 y N° 100
podrá ser reducido a 5% y 0% respectivamente.
.- PARTÍCULAS INCOVENIENTES
La cantidad de sustancias deletereas o partículas inconvenientes presentes en el
agregado fino no deberá exceder de los siguientes límites, expresados como porcentaje
en peso de la muestra total:
•
Lentes de arcilla y partículas desmenuzables ………………..…..….…
•
Material más fino que la Malla N°200
•
3%
a. Concreto sujeto a abrasión ……………………………….……....
3%
b. Todos los otros concretos …………………………………..….
5%
Carbón y Lignito:
a. Cuando la apariencia superficial del concreto es importante ………
0.5%
b. Otros concretos
1.0%
……………………………………………..……..
c. Mica …………………………………………………………………
0.0%
d. Partículas deleznables..……………………………………….……..
3.0%
AGREGADO GRUESO
Se define como agregado grueso al material retenido en el Tamiz NTP 4.75 mm ó el
Tamiz N°4, y que cumple con los límites establecidos en las Normas ITINTEC 400.037
ó ASTM C 33.
50
El agregado grueso puede consistir de piedra partida, grava natural o triturada,
agregados metálicos naturales o artificiales, concreto triturado, o una combinación
de ellos. Estará conformado por partículas cuyo perfil ser preferentemente angular o
semiangular, limpias, duras, compactas, resistentes, de textura preferentemente
rugosa y libres de material escamoso o partículas blandas.
Las partículas deberán ser químicamente estables y estarán libres de escamas, tierra,
polvo, limo, sales, humus, incrustaciones superficiales, materia orgánica, u otras
sustancias dañinas.
El agregado grueso, estará graduado dentro de los límites especificados en las
Normas NTP 400.037 ó ASTM C 33. La granulometría seleccionada deberá ser
preferentemente continua y deberá permitir obtener la máxima densidad del
concreto con una adecuada trabajabilidad en función de las condiciones de
colocación de la mezcla. La granulometría seleccionada no deberá tener más del 5%
del agregado retenido en la malla de 1 ½” y no más del 6% del agregado que pasa la
malla de ¼”.
Si se emplea dos o más tamaños de agregado grueso, cada uno de ellos, así como la
combinación de los mismos, deberá cumplir con los requisitos de granulometría
indicados.
Los rangos considerados en la Normas necesariamente son lo suficientemente
amplios para permitir acomodar las diferentes condiciones que pueden presentarse.
Se deberá considerar que:
•
Para control de calidad de una condición específica, el productor deberá
desarrollar una granulometría promedio para las facilidades y fuente de
producción y controlar la granulometría dentro de una tolerancia razonable con
este promedio.
•
Cuando se emplea agregado grueso cuyo tamaño corresponde a los números 357
ó 467 de la Norma ASTM C 33, el agregado deberá ser entregado por lo menos
dos tamaños separados
51
.- TAMAÑO MÁXIMO
De acuerdo a la Norma NTP 400.037, el tamaño máximo del agregado grueso es el
que corresponde al menor tamiz por el que pasa la muestra de agregado grueso.
Granulometrías muy disímiles pueden dar el mismo valor del tamaño máximo del
agregado grueso. Ello debe tenerse presente en la selección del agregado, de su
granulometría y las proporciones de la mezcla.
.- TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL
De acuerdo a la Norma NTP 400.037 se entiende por tamaño máximo nominal al
que corresponde el menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido.
El tamaño máximo nominal del agregado no deberá ser mayor de:
•
Un quinto de la menor dimensión entre caras de encofrados.
•
Un tercio del peralte de las losas.
•
Tres cuartos del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales de
refuerzo, paquetes de barras, tendones, o ductos de presfuerzo.
En elementos de espesor reducido,
o ante la presencia de gran cantidad de
armadura, se podrá disminuir el tamaño del agregado grueso siempre que se
mantenga una adecuada trabajabilidad, se cumpla con el asentamiento requerido y se
obtenga la resistencia especificada.
.- ENSAYO DE LOS AGREGADOS
El agregado se ensayará de acuerdo a lo indicado en la Norma ASTM C 33 y
normas complementarias, o en las Normas NTP correspondientes. Las mismas
muestras podrán ser empleadas para el análisis granulométrico y para la
determinación del material más fino que la Malla N° 200.
52
Tamaños separados del análisis por tamices podrán ser empleados en la preparación
de muestras para los ensayos de abrasión y de estabilidad de volumen. Para la
determinación de todos los otros ensayos así como para la evaluación de la reacción
álcali – agregados, cuando ello se requiera, se empleará muestras de ensayo
independientes.
Tamaño
Nominal
2”
1 ½”
Porcentajes que pasan por las mallas
2”
1 ½”
95 – 100
0
100
95 – 100
1”
¾”
½”
3/8”
N°4
N°8
35 – 70
0
10 – 30
0
0.5
0
0
35 – 70
0
0.5
0
95 – 100
0
25 – 60
0.1
0.5
0
20 – 55
0.1
0.5
10 – 30
1”
0
3/4”
0
0
100
90 – 100
½”
0
0
0
100
90 – 100
40 – 70
0.15
0.5
3/8”
0
0
0
0
100
85 – 100
10 – 30
0.1
100
0
.- NORMAS DE ENSAYO
Las Normas a ser utilizadas en los ensayos más usuales son:
•
Análisis por tamices para la determinación de la granulometría de los agregados
fino y grueso, de acuerdo a ASTM C 136 ó NTP 400.012.
•
Material más fino que la Malla N°200 en el agregado determinado por lavado,
de acuerdo a ASTM C 117.
53
•
Peso específico y absorción del agregado grueso de acuerdo a ASTM C 127 ó
NTP 400.021.
•
Peso específico y absorción del agregado fino de acuerdo a ASTM C 128 ó NTP
400.022.
•
Terminología relacionada con los agregados, de acuerdo a ASTM C 125.
54
1.3 EL AGUA
El agua presente en la mezcla de concreto reacciona químicamente con el material
cementante para lograr:
•
La formación de gel.
•
Permitir que el conjunto de la masa adquiera las propiedades que:
-
en estado fresco faciliten una adecuada manipulación y colocación
de la misma y
-
en estado endurecido la conviertan en un producto de las
propiedades y características deseadas.
Como requisito de carácter general y sin que ello implique la realización de ensayos que
permitan verificar su calidad. Se podrá emplear como aguas de mezclado aquellas que
se consideren potables o las que por experiencia se conozca que pueden ser utilizadas en
la preparación de concreto.
Debe recordarse que no todas las aguas son adecuadas para beber son convenientes para
el mezclado y que igualmente, no todas las aguas inadecuadas para beber son
inconvenientes para preparar concreto. En general, dentro de las limitaciones que en las
diferentes secciones se han de dar, el agua de mezclado deberá estar libre de sustancias
colorantes, aceites y azúcares.
Adicionalmente, el agua empleada no deberá contener sustancias que puedan producir
efectos desfavorables sobre el fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del
concreto, o sobre los elementos metálicos embebidos en éste.
Previamente a su empleo, será necesario investigar y asegurarse que la fuente de
provisión no está sometida a influencias que puedan modificar su composición y
características con respecto a las conocidas que permitieron su empleo con resultados
satisfactorios.
55
.- REQUISITOS DE CALIDAD
El agua que a de ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con los
requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia, potable.
No existen criterios uniformes en cuanto a los límites permisibles para las sales y
sustancias presentes en el agua que va a emplearse. A continuación se presenta, en
partes por millón, los valores aceptados como máximos para el agua en el concreto.
Cloruros …………………………….….. 300 ppm
Sulfatos ……………………….………... 300 ppm
Sales de magnesio ……………………... 150 ppm
Sales solubles totales ………...……….. 500 ppm
PH ……………..…………..…………... entre 5 y 8
Sólidos en suspensión …………..……. 1500 ppm
Materia orgánica ………………………. 10 ppm
La Norma Peruana NTP 339.088 considera aptas para la preparación y curado del
concreto, aquellas aguas cuyas propiedades y contenidos de sustancias disueltas están
comprendidos dentro de los siguientes límites:
a. El contenido máximo de materia orgánica, expresada en oxígeno consumido será
de 3mg/l ( 3 ppm ).
b. El contenido de residuo insoluble no será mayor de 5 gr/l ( 5000 ppm ).
c. El contenido de sulfatos, expresado como ión SO4, será menor de 0,6 gr/l ( 600
ppm ).
d. El PH estará comprendido entre 5.0 y 8.0
e. El contenido de cloruros, expresado como ión Cl, será menor de 1 gr/l ( 1000
ppm ).
f. El contenido de carbonatos y bicarbonatos alcalinos ( alcalinidad total expresada
en NaHCO3, será menor de 1 gr/l ( 1000 ppm ).
g. Si la variación de color es un requisito que se desea controlar, el contenido
máximo de fierro, expresado en ión férrico, será de 1 ppm.
56
El agua deberá estar libre de azúcares o sus derivados. Igualmente lo estará de sales
de potasio o de sodio.
Si se utiliza aguas no potables, la calidad del agua, determinada por análisis de
Laboratorio, deberá ser aprobada por la Supervisión.
La selección de las proporciones de la mezcla de concreto se basará en resultados en
los que ha utilizado en la preparación del concreto agua de la fuente elegida.
.- REQUISITOS DEL CÓMITE 318 DEL ACI
La publicación 318.99 del American Concrete Institute, relacionado a “ Building
Code Requirements for Structural Concrete ”, en el acápite 3.4, fija cuatro requisitos
para el agua de mezclado:
3.4.1.- El agua empleada en el mezclado del concreto deberá estar limpia y libre de
cantidades peligrosas de aceites, álcalis, ácidos, sales, materia orgánica u otras
sustancias peligrosas para el concreto o el refuerzo.
3.4.2.- El agua de mezclado para concreto premezclado o para concreto que deberá
contener elementos de aluminio embebidos, incluída la porción del agua de
mezclado que es contribuida en forma de agua libre sobre el agregado, no deberá
contener cantidades peligrosas de ión cloruro.
3.4.3.- No deberán emplearse en el concreto agua no potable, salvo que las
siguientes condiciones sean satisfechas.
3.4.4.- La selección de las proporciones del concreto deberá basarse en mezclas de
concreto en las que se ha empleado agua de la misma fuente.
3.4.4.1.- Los cubos de ensayo de morteros preparados con aguas de mezclado no
potables deberán tener a los 7 y 28 días resistencias iguales a por lo menos el 90%
de la resistencia de especimenes similares preparados con agua potable. Los ensayos
de comparación de resistencia deberán ser preparados con morteros, idénticos con
57
excepción del agua de mezclado, preparados y ensayados de acuerdo con la Norma
ASTM C 109.
Límites permisibles para agua de mezcla y de curado
Análisis químicos de agua de varias fuentes en el Perú
58
Limitaciones en la composición de agua de lavado para su empleo en agua de
mezcla
Observaciones sobre el agua para concreto en el Perú
• El agua empleada para amasar y curar el concreto ser á de propiedades
colorantes nulas, clara, libre de glúcidos (azúcares), ácidos, álcalis, materias
orgánicas y de aceites.
• Ante dudas o cuando el agua ensayada no cumpla con uno o varios de los
requisitos previos establecidos, se podrán realizar ensayos comparativos y
consistirán en la determinación del tiempo de fraguado del cemento y resistencia
a compresión del mortero a las edades de 7 días y 28 días.
Los tiempos de fraguado inicial y final de la pasta que contiene el agua en estudio
podrán variar hasta 25%, que los correspondientes a la pasta que contiene el agua de
referencia.
La reducción de resistencia del mortero que contiene el agua en estudio a cualquier edad
de ensayo, podrá ser corno máximo del 10%.
59
1.4 FIBRA DE POLIPROPILENO FIBERMESH 300
Las fibras son hechas exclusivamente para concreto. Las fibra de polipropileno
FIBERMESH 300 se distribuyen de manera uniforme dentro del concreto en todas las
direcciones, ofreciendo un refuerzo secundario efectivo para el control de fisura por
contracción plástica por secado.
Teniendo en cuenta que las fibras de polipropileno (PP) son producidas en la planta de
producción, es una práctica común añadir una pequeña cantidad de acabado o lubricante
a la superficie como ayuda del proceso.
•
Controlan el agrietamiento en un 80% a un 100%.
•
Mejoran la resistencia a la abrasión.
•
Mejoran el comportamiento a flexión.
•
Mejoran la reología del concreto en estado fresco y endurecido.
•
Incrementan resistencia al impacto.
•
Permiten eliminar el acero de temperatura.
.- Datos Técnicos :
•
Gravedad específica : 0.91
•
Longitud de la fibra : 3 a 5 mm.
•
Punto de Ignición : 680 ° F
•
Punto de Fusión : 324 ° F
60
.- Dosificación
La dosificación recomendada depende de la aplicación, pero básicamente la
dosificación va desde los 600 gramos a 900 gramos, hasta una dosis de 1800 gramos por
metro cúbico de concreto.
.- Forma de entrega / Presentación
La caja se presenta en cajas de 10,8 kilos donde vienen 12 bolsas hidrosolubles de 900
gramos, y en cajas con 18 bolsas hidrosolubles de 600 gramos. La longitud de la fibra es
de 19 mm. ( tamaño estandarizado ).
.- Almacenamiento
Almacenar en un lugar seco, libre de aguas y de preferencia bajo techo. No apilar más
de 7 cajas.
61
1.5 ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE RHEOBUILD 1000
Rheobulid 1000 es un aditivo superplastificante reductor de agua de alto rango
diseñado para producir concreto reoplástico. Este concreto fluye fácilmente
manteniendo una alta plasticidad por tiempos más prolongados que el concreto
superplastificado convencional. El concreto reoplástico tiene la baja proporción agua:
material cementicio del concreto sin asentamiento, dando excelentes propiedades de
ingeniería (endurecimiento).
.- Recomendado para :
• Concreto donde se desea una alta plasticidad, características de fraguado normal y
desarrollo rápido de resistencias.
• Aplicaciones de concreto pretensado, prefabricado y premezclado.
• Aplicaciones Civil y Minera: shotcrete por vía húmeda o seca, grouts de alto
desempeño, grouts de túneles y suspensiones de inyección.
.- Ventajas y Beneficios :
En el concreto plástico:
• Rango de plasticidad de 200 a 280 mm (8- 11 in).
• Retención prolongada de asentamiento.
• Tiempos de fraguado controlados.
• Permite mezclas cohesivas sin segregación y mínima exudación de agua.
Para concreto endurecido:
• Mayores resistencias iniciales en comparación con los superplastificantes
convencionales.
• Mayor resistencia final a compresión.
• Mayor módulo de elasticidad.
• Mejor resistencia de adhesión al acero.
• Baja permeabilidad y alta durabilidad.
62
.- Aplicación:
Dosificación: El rango de dosificación recomendado para el RHEOBUILD 1000 es de
650-1600 ml/100 kg (10-25 oz fl/100 lb) de material cementicio dependiendo de la
aplicación y de cuanto se desee incrementar el asentamiento y resistencia.
Las dosificaciones anteriores aplican a la mayoría de las mezclas de concreto que usan
ingredientes típicos del concreto. Debido a las variaciones en las condiciones de la obra
y de los materiales de concreto como la microsílica, se podrán requerir rangos de
dosificación diferentes a los recomendados. En tales casos, contacte a su representante
local de BASF.
Mezclado: Ya que se incrementa la retención de asentamiento usando el aditivo
RHEOBUILD 1000, éste se puede adicionar en la planta de premezclados. También
puede adicionarse en la obra si se desea incrementar el sentamiento.
.- Empaque :
Rheobulid 1000 se suministra en tambores de 208 l (55 gal), en tanques de 1040 l (275
gal) y a granel.
.- Almacenamiento :
Rheobulid 1000 tiene una vida útil de 18 meses como mínimo. Dependiendo de las
condiciones de almacenamiento, la vida útil puede ser mayor.
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